阻抗层的估算制造技术

本发明专利技术涉及估算在环形，圆形对称的多相管道流中电极上的层的一种方法和一个系统，所述管道包括一组沿管道内圆周均匀分布的电极。所述方法的步骤：测量每个电极和其它电极之间的阻抗和获得一组阻抗值，所述阻抗值根据测量的电极之间的距离进行分类，阻抗分类从而代表了从靠近管道壁到管道中心的层的范围。所述方法还包括一个基于已知流体特性，在环形，圆形对称流体流动中预期阻抗值的范围的预计算模型。所述分类的阻抗值与环形，圆形流动的预计算阻抗值范围进行比较，当与测量阻抗相结合时，将所得结果置于预计算的阻抗范围边界内，找到所述电极上的所述层的阻抗。述电极上的所述层的阻抗。述电极上的所述层的阻抗。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】阻抗层的估算


[0001]本专利技术涉及使用阻抗测量来估算管道壁电极上的层，该管道传导基本环形 流。

技术介绍

[0002]使用电极测量管道中的流动组成，电极放置在管道的内表面上，并且连接到 测量阻抗的仪器，例如，电极之间流动中的电容或电阻。这种布置的示例在 NO307393和NO340852中示出，它们具有沿着管壁的内周分布的用于测量管道 中的阻抗的四个电极。
[0003]测量中出现的一个问题是电极上阻层的沉积，即在使用后由粘在电极上的蜡 和水垢构成。这改变了测量的阻抗，并且为了提供流体流动的测量，必须找到来 自层的影响。如WO2015055767中所述，用于检测管道中的水垢和沉积物的系统 是已知的，但是对于阻抗测量，找到电阻层对测量的直接影响至关重要。
[0004]在US2009/205439中描述了另一种解决方案，其中将测量数据与先前数据 进行比较，并将历史数据的偏差报告作为电极的层。然而这需要在流动测量中具 有低自然变化并且不适用于复杂的流动状态。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术的目的是提供一种在包含多相流流动的管道中可以提供层阻抗 的测量值的方法和系统，即电阻率和电容。这可以按照随附权利要求的规定获得。
[0006]因此，本专利技术假设如在垂直管道中所预期的一样，流动平均而言是圆形对称 且环形的。根据本专利技术，提供了一种可靠且稳定的方法，该方法甚至在层不均匀 且水含量长期高的最坏情况下也有效。
附图说明
[0007]图1是根据本专利技术优选实施例，使用的电极配置的横截面；
[0008]图2是由a、b和c参数化的流体流动中电导率的径向分布；
[0009]图3是R
flow
(a，b，c)的范围。x和y轴(z轴在2D中不可见)是神经网络计 算的中心和墙的电阻，每个点对应一些a，b，c。这条线显示了改变k如何在允许的 区域内移动答案。
[0010]图4是以欧姆为单位的层中绝对误差的柱状图。这些层采用0
‑
800欧姆之间的 随机值，我们看到误差小于1.6％。
具体实施方式
[0011]下面将讨论本方法的基础。该方法与电阻测量有关，但是可以对关于电容测量做 出相似的论述。
[0012]下面将参考附图更详细地讨论本专利技术，通过示例的方式说明本专利技术。
[0013]如图1所示，以下描述基于管道内壁中的6
‑
电极配置。此描述中忽略了地线， 但正如本领域技术人员所理解的，可以很容易地将其包括在内。
[0014]可以看出，电极1
‑
6均匀分布在管道周围，因此相邻的电极1
‑
2，2
‑
3，3
‑
4， 4
‑
5，5
‑
6和6
‑
1之间的距离相同，同时第二相邻的1
‑
3，2
‑
4，3
‑
5，4
‑
6，5
‑
1和 6
‑
2之间的距离相同，并且穿过流动1
‑
4，2
‑
5和3
‑
6的距离相同。虽然本专利技术将用6 个电极进行描述，但可以通过均匀分布在内管壁7上的其他数据获得类似的结果。 1
‑
6每个电极都连接到测量仪器8，该测量仪器8适于测量电极之间的阻抗，并连接 到计算机9，该计算机9包括适合的计算机程序并适用于比较和分析如下面所述的测 量。
[0015]单独激活不同的电极对，可以单独测量对之间的阻抗。此外，假设一个圆形对称 的环形流，第一相邻对用于测量相同的阻抗，R
wall
，第二相邻对位于流动的面，用于 测量相同的阻抗，R
side
，横穿流动的位于对立面的电极用于测量流动中心的阻抗。在 这种情况下，三个层阻抗的值是在距离壁不同长度处测量的，R
wall
，R
side
，R
center
。 通过使用其他数量的电极，层数将相应地变化。
[0016]下面基于图示的六个电极描述本专利技术的基本原理。
[0017]标记为1至6的电极可包含在以下方程式中：
[0018][0019][0020]第一个方程式是基尔霍夫定律，它表示电流是守恒的，这说明通过标记为i的穿 过电极的总电流，即I
i
，等于每个来自其它电极的单独电流I
ij
的总和。第二个方程式 是每个电极对上欧姆定律。将第二个方程代入第一个方程，我们可以消除所有的
[0021]基本思想理念是用电压激发电极足够多的次数，并同时测量足够多次数的电流， 以解出以上方程式的R
ij
。对于六个电极(加上接地环)，需要六次刺激。在当今技术 范围内，在流动变化之前执行这些刺激，提供特定时间的流动状况的瞬时图像，但瞬 时流动状况本质上是混乱的，不一定是圆形对称或环形。为了提供可靠的电极的层的 测量，阻抗的时间平均值是优选的。
[0022]求平均值的时间应该显著超过平衡流动的局部湍流行为的时间，例如超过两秒， 以提供本质上对称的测量，但不能太长，太长会导致电极上的层发生显著变化。后者 在小时或更长的范围内。求平均值可以在连续时间序列上或者在相继的采样中。
[0023]6x6的矩阵R
ij
被称为电压
‑
电流图，并且为我们提供了可能的流动的完整理解。
[0024]因为i和j从1到6，我们应该有36个不同的R
ij
，但是因为R
ij
＝R
ji
并且R
ii
不明 确，只有15个独立的R
ij
。我们将这15个电阻重新排列成一个向量，并将测量的电 阻称为其中i现在的排序为1到15。
[0025]对于接地环，已知其电位为0，总电流为零，因此我们也知道它的电流，所以可 以将其视为第七个电极。当我们有圆形对称的电导率分布时，只有三个独立的电阻。
[0026]在电容模式下，系统由相同方程式(泊松方程)控制，但使用介电常数代替电导 率。
[0027]替换了U＝RI，我们得到U＝(1/C)Q。所以R矩阵被简单的替换为一个完全相似 的但使用数字1/C的矩阵。物理原理是相同的，电导率被介电常数代替，电阻被电容 的倒数代替。
[0028]参考图1，所述层由六个元素向量构成，L
n
，这是固定在第n个电极上的电阻 层。我们得到公式：
[0029][0030]然后我们正式的取我们测量的整个时间段内的等式两边的平均值，那么矩阵 R
flow
只有三个不同的值。这是因为由于管道的圆形对称性，相邻电极之间的流动阻 力的平均值应该变得相同，并且对于第二相邻和第三相邻也是如此。由于层均值不 变，未知数从15+6减少到3+6。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在环形圆形对称的多相管道流中电极上层的估算方法，所述管道包括沿管内圆周均匀分布的一组电极，测量每个电极与其他电极之间的阻抗，得到一组阻抗值，所述阻抗值通过所测量的电极的距离进行分类；从而代表了从靠近管道壁到管道中心的层的范围；所述方法还包括提供存储在计算机存储器中的预计算模型基于预期呈现在管道中的流体特性，所述预计算的模型包括环形，圆形对称流体流动中的预计的阻抗值范围；将分类的阻抗值与预先计算的环形、圆形对称流动中的阻抗值的范围进行比较，并且找到所述电极上的所述层的阻抗，该阻抗与选定周期内的测量阻抗的平均值相结合，将所得的平均阻抗置于预先计算的阻抗范围的边界内，代表预期的阻抗值范围。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电极数量为6，在流动中的所述阻抗值分类数量为3。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在时间序列中重复偏移值的测量，比较和计算，假设层的变化比流动更慢，从而增加计算出的层的阻抗的精度。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量值在多个选定的时间序列上取平均值。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，求平均值至少执行2秒。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，找到所述电极上的所述层的阻抗在上限和下限之间的范围内。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，包括计算电极层阻抗的上限和下限，从这些上限和下限中找到层阻抗的估算。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，包括通过下限集合的最大值和上限集合的最小值计算层阻抗，它们之间的平均值提供层阻抗的估算。9.一种在环形，圆形对称的多相管道流动中估算电极上层的系统，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔纳斯，
申请(专利权)人：洛克斯流量测量公司，
类型：发明
国别省市：